DE4318377A1 - Messinglegierung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Messinglegierung, also eine geknetete oder gegos
sene Kupfer-Zinklegierung. Derartige Legierungen finden beispielsweise An
wendung in der optischen Industrie, der Schmuckindustrie, bei der Pumpen
herstellung und bei der Herstellung von Bauteilen für Trinkwasser- oder Sani
tärinstallationen. Durch Zusatz bestimmter Legierungsbestandteile können
Messingsorten mit bestimmten Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise
ist es gebräuchlich, dem Messing Blei beizumengen, um die spangebende Be
arbeitbarkeit zu verbessern. Derartige Messingsorten werden auch als
"Automatenmessing" bezeichnet.
Zur Herstellung von Bauteilen für die Sanitärinstallation, insbesondere von
Wasserarmaturen, werden bleihaltige Messingsorten, beispielsweise
Gk Ms 60 Fk, verwendet.
Derartige Messinglegierungen haben den Nachteil, daß sie nicht ent
zinkungsbeständig sind. Unter korrodierenden Einflüssen löst sich das Zink
insbesondere aus den Korngrenzbereichen zunächst der oberflächennahen
Schichten heraus. Mit in die Tiefe des Werkstoffes fortschreitender Entzinkung
wird die Gefügestruktur des Werkstücks zusehends verändert, was die allge
mein bekannten Folgen nach sich zieht. Bei Wasserarmaturen, die mit relativ
aggressivem Wasser in Berührung kommen, kann dies zu Undichtigkeiten in
der Armatur führen und letztlich deren Austausch erforderlich machen.
Davon ausgehend ist die Aufgabe der Erfindung, eine Messinglegierung be
reitzustellen, bei der dieser Nachteil nicht auftritt. Diese Aufgabe wird durch
eine Messinglegierung mit der in Anspruch 1 genannten Zusammensetzung
gelöst.
Die erfindungsgemäße Legierung ist entzinkungsbeständig und weist darüber
hinaus mechanische Eigenschaften auf, die sie für die Herstellung insbeson
dere von Bauteilen für die Wasserinstallation, also etwa Ventile und Armaturen,
geeignet machen.
Um ausgehend von herkömmlichen Messinglegierungen wie Ms 60 Fk zu ent
zinkungsbeständigen Messinglegierungen zu gelangen, ist es notwendig den
Cu-Gehalt zu erhöhen, beispielsweise auf 64%. Derartige Legierungen sind
jedoch für viele Anwendungen, insbesondere für die Herstellung von Armaturen
für den Sanitärbereich nicht geeignet, da sie ein zu grobes Gefüge aufweisen,
was die bekannten negativen Begleiterscheinungen wie verstärkte Lunkerbil
dung nach sich zieht. Versuche, bei Messinglegierungen mit einem erhöhten
Cu-Gehalt eine Kornfeinung mit dem üblicherweise dafür verwendeten Bor
durchzuführen mißlangen bisher. Deshalb wurden für den angesprochenen
Verwendungszweck praktisch nur die bekannten, nicht entzinkungsbeständigen
Legierungen verwendet.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß trotz eines gegenüber den
bekannten Legierungen erhöhten Cu-Gehaltes eine Kornfeinung mit Bor mög
lich ist, wenn die Elemente Mn, Si und Sb in erfindungsgemäßen Mengen zule
giert werden und gleichzeitig der Fe-Gehalt auf maximal 0,25 Gew.% begrenzt
wird. Es stellte sich weiterhin überraschenderweise heraus, daß die Legierung
eine verbesserte Warmbrüchigkeit aufweist, wenn der Gehalt an Sn möglichst
gering ist, zumindest aber 0,25 Gew. % nicht überschreitet. Ein weiterer Vorteil
der Erfindung besteht darin, daß Auftreten von Harteinschlüssen stark zurück
gedrängt ist. Harteinschlüsse, die vor allem bei der Oberflächenbearbeitung
störend sind, treten bei herkömmlichen Messinglegierungen vor allem dann
verstärkt auf, wenn sie mit Bor gefeint sind.
Die mechanischen Kenndaten der erfindungsgemäßen Legierung sind durch
wegs mit den bisher für den genannten Zweck verwendeten Messinglegierun
gen vergleichbar. Das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung weist im we
sentlichen globulitische Körner mit einer maximalen Größe von etwa 100 pm
auf. Ein feinkörniges Gefüge ist die Voraussetzung dafür, daß eine Schmelze
lunkerfrei, d. h. also ohne Ausbildung von Hohlräumen oder porösen,
schwammartigen Bereichen erstarrt. Die genannten Gefügefehler sind bei
spielsweise verantwortlich für Oberflächenfehler und Undichtigkeiten bei Ar
maturen.
In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele der er
findungsgemäßen Legierung angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden näher erläutert:
Es wurden Versuche mit einer Messinglegierung durchgeführt, die (in Gew.%)
63,20% Cu, 1,38% Pb, 0,39% Mn, 0,55 Si, 0,55 Al, 0,09% Sb, 9 ppm B, 0,23
% Fe, 0,19% Ni, 0,21% Sn und als Rest Zn enthält. Die weiter unten erwähn
ten Proben PS-P10 wurden aus dieser Legierung gegossen.
Die erfindungsgemäße Legierung wurde einer Entzinkungsbeständigkeitsprü
fung nach ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys/Determination of dezinci
fication resistance of brass, Ausgabe 1981) unterzogen. Die Entzinkungstiefen
wurden im polierten Schliff gemessen. Das Ergebnis der Entzinkungsbe
standigkeitsprüfung geht aus der folgenden Tabelle hervor:
Die Proben P1-P4 betreffen ein herkömmliches Messing mit der folgenden
Zusammensetzung (in Gew.%): 60,06% Cu, 1 ,65% Pb, <0,010% Mn, <0,010
% Si, 0,65% AI, 0,020% Sb, 0,0008% B, 0,080% Fe, 0,030% Ni, 0,10% Sn
und als Rest Zn. Die Werte für die Proben P1-P4 wurden in einer Zeile zu
sammengefaßt und der Durchschnittswert der Entzinkungstiefe angegeben; der
maximale Wert lag bei 600 pm, der minimale bei 200 pm.
Aus der Tabelle 1 geht deutlich hervor, daß die aus der erfindungsgemäßen
Legierung bestehenden Proben P5 und P6 wesentlich geringere Entzinkungs
tiefen aufweisen als die Vergleichsproben P1-P4. Entsprechend der Normen
BS 2872, BS 2874 (BS= Britischer Standard) und SS 11710 (SS= schwedischer
Standard (bzw. der schwedischen Baunorm R8 ist die erfindungsgemäße Le
gierung daher als entzinkungsbeständig einzustufen. Die zulässige Entzin
kungstiefe gemäß der BS-Norm für Gußstücke beträgt 100 pm.
In weiteren Versuchen wurden übliche mechanische Kennwerte ermittelt. Das
Ergebnis dieser Versuche ist in der Tabelle 2 dargestellt. Die Zusammen
setzung der Proben P7 bis P10 entspricht jener der Proben P5 und P6. Die
Proben P11 bis P14 sind Vergleichsproben, die aus einer herkömmlichen
Messinglegierung mit einer den Proben P1 bis P4 entsprechenden Zusam
mensetzung gegossen wurden.
Wie die Tabelle 2 zeigt, sind die mechanischen Kenndaten der erfindungsge
mäßen Legierung mit jenen der herkömmlichen Legierungen vergleichbar. Die
Zugfestigkeit ist im Durchschnitt sogar etwas höher als bei den Vergleichspro
ben aus der bekannten Legierung.
Mit der erfindungsgemäßen Legierung wurden Wasserarmaturen gegossen und
mit üblichen Fertigungsmethoden bearbeitet. Dabei zeigte sich, daß die Ober
fläche der Gußteile eine mindestens ebenso gute Polierfähigkeit aufweist, als
jene von aus herkömmlichen Messinglegierungen gegossenen Armaturen. Es
wurden auch keine signifikanten Unterschiede bei der Bearbeitung der Gußteile
an automatischen Fertigungsmaschinen beobachtet. Es konnten im wesentli
chen bisher übliche Bearbeitungs- und Einstell-Parameter beibehalten werden.
Mit Hilfe von zahlreichen, aus einer Legierung gemäß Anspruch 3 gegossenen
Bruchproben wurde festgestellt, daß das Gefüge der erfindungsgemäßen Le
gierung praktisch keine Lunker- oder schwammartigen Bereiche aufweist. Bei
letzteren handelt es sich um eine aufgelockerte, nach Art eines Schwammes
Hohlräume enthaltende Gefügestruktur. Sowohl Lunker als auch
"Schwammberniche" können, wenn sie in Trennwänden zwischen unterschied
lichen Druckbereichen oder in Dichtungsflächen auftreten, zu Undichtigkeiten
führen. Bei einer Versuchsreihe wurde der in Fig. 1 dargestellte Gußkörper
verwendet. Der Bruch wurde entlang der Linie II-II ausgeführt. Die Bruchlinie
wurde so gewählt, daß sie durch einen gießtechnisch kritischen Bereich ver
läuft, in dem erfahrungsgemäß sehr häufig Gefügefehler auftreten. Fig. 2 zeigt
in 10facher Vergrößerung die Aufnahme der Bruchstelle eines Probenkörpers
aus herkömmlicher Messinglegierung. Es ist deutlich ein mit L gekennzeichne
ter schwammig aufgelockerter Bereich zu erkennen, der sich nahezu über die
gesamte Dicke D der Gußteilwand erstreckt. Derartige Bereiche können später
zu Undichtigkeiten führen. Sofern sich die Bereiche über die gesamte Dicke
einer Trennwand erstrecken ist im Falle einer Wasserarmatur von anfang an
eine Undichtigkeit vorhanden. Fig. 3 zeigt die Bruchstelle eines mit der erfin
dungsgemäßen Legierung gegossenen Probekörpers. Es ist deutlich zu sehen,
daß hier ein durchgehend feinkörniges und dichtes Gefüge vorhanden ist. Es
wurden insgesamt jeweils zehn Proben untersucht. Schwammartige Bereiche
wie in Fig. 2 dargestellt traten bei 5 der Vergleichsproben auf. Die Proben aus
der erfindungsgemäßen Legierung waren stets frei von den genannten Gefü
gefehlern.
Es wurden auch Schliffe angefertigt und mit üblichen metallographischen Me
thoden die Gefügestruktur sichtbar gemacht. Es zeigte sich, daß das Gefüge
der erfindungsgemäßen Legierung etwa globulitische Körner mit einer maxi
malen Größe von 100 pm aufweist.
Ein indirekter Rückschluß auf das Fehlen von Schwammbereichen konnte
durch eine Druckdichtigkeitsuntersuchung von Wasserarmaturen erhalten
werden. Es wurden 110 Armaturen mit 6 Bar Luft unter Wasser beaufschlagt.
Bei keiner der Armaturen konnte eine Undichtigkeit beobachtet werden.
Claims (5)
1. Messinglegierung,
gekennzeichnet durch
folgende Zusammensetzung (Gew.-%):
Cu:|62,5-64%
Pb: 0,5-1,5%
Mn: 0,3-0,4%
Si: 0,5-0,7%
Al: 0,3-0,7%
Sb: 0,05-0,15%
B: 5-20 ppm
Fe: 0-0,25%
Ni: 0-0,5%
Sn: 0-0,25%
Zn: Rest
2. Messinglegierung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
folgende Zusammensetzung (Gew.-%):
Cu:|62,5-64
Pb: 1,0-1,5
Mn: 0,3-0,4
Si: 0,5-0,7
Al: 0,3-0,7
Sb: 0,05-0,1
B: 5-15 ppm
Fe: 0-0,20
Ni: 0-0,5
Sn: 0-0,25
Zink: Rest
3. Messinglegierung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
folgende Zusammensetzung (Gew.%):
Cu:|63,20%
Pb: 1,38%
Mn: 0,39%
Si: 0,55%
Al: 0,55%
Sb: 0,09%
B: 9 ppm
Fe: 0,23%
Ni: 0,19%
Sn: 0,21%
Zn: Rest
4. Messinglegierung nach Anspruch 2
gekennzeichnet durch
folgende Zusammensetzung (Gew.%):
Cu:|63,58%
Pb: 1,20%
Mn: 0,37%
Si: 0,55%
Al: 0,54%
Sb: 0,09%
B: 11 ppm
Fe: 0,15%
Ni: 0,16%
Sn: 0,15%
Zn: Rest
5. Verwendung einer Legierung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 zur Herstellung
von Bauteilen für Trinkwasserinstallationen.
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Owner name: HETZEL METALLE GMBH, 90451 NUERNBERG, DE HANSA MET |
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